近日，我院基于AI技术的现代植物保护团队在《Journal of Hazardous Materials》 期刊上发表了题为“High-efficiency removal of pyrethroids using a redesigned odorant binding protein”的研究论文。该研究通过定向提高目标蛋白SlitPBP1对拟除虫菊酯类杀虫剂（pyrethroids）的结合能力，提出了一种新型、高效的蛋白质理性设计策略，为蛋白质等生物大分子药物的研发提供了新的技术支撑。我院刘吉元研究员为本文第一作者，张雅林教授和田振副教授为本文共同通讯作者，青年教师李一帆和博士生王沛参与了研究工作。

蛋白质在农业、医药等许多行业有着广泛应用。但天然蛋白质通常性质较差（如低稳定性、低活性等），需要对其进行合理设计以克服其自身缺陷。该研究构建了一种基于静电势互补（EC）和分子动力学工作流（MD-based workflow）的蛋白理性设计策略。该策略着眼于蛋白质与配体的互作特征，使用EC和MD技术对目标蛋白中亟待突变的氨基酸残基进行精准定位，并对有益突变进行理性筛选，实现目标蛋白中有益突变的快速累积。改造后的SlitPBP1蛋白（SlitPBP1E97ND106E）对pyrethroids的结合能力大幅度提升，其对溴氰菊酯的结合能力甚至达到了纳摩尔级别。与定向进化、机器学习等常用的蛋白质设计策略相比，该策略避免了残基突变的盲目性，且不依赖于机器学习所需的大量的蛋白序列-功能信息，具有简便、高效、适用性广等优势，可用于蛋白质等生物大分子药物的精准定向设计和优化。

图1. 蛋白质理性设计策略

该研究深入探讨了理性设计后SlitPBP1在pyrethroids污染物治理中的应用潜力，提出了一种基于SlitPBP1E97ND106E的pyrethroids高效吸附处理新技术。将SlitPBP1E97ND106E固定在固相载体表面后，其对不同水环境中的pyrethroids均表现出高效的吸附能力（吸附率﹥90%），最高吸附率达到99.35%。该技术对环境中pyrethroids的去除能力及对环境条件的适应能力远优于当前普遍使用的生物降解等技术，具有进一步推广应用的潜力。

图2. SlitPBP1的定向理性设计

该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132856

编辑：刘小凤

审核：郭   军